实验力学（瞬态部分）实验四.docVIP

实验七. 水中爆炸冲击波压力测量 一 实验名称：水中爆炸冲击波压力测量 二 实验目的：练习并掌握用电测法测量水中爆炸冲击波压力。 三 实验内容：用冲击大电流通过金属丝产生水中冲击波，用压力传感器检测压力信号，用数字示波器记录某位置的水中冲击波压力历程。 四 实验设备：冲击大电流装置、同步高压脉冲发生器、传感器及适配器、数字示波器 五 实验原理 （一）水下爆炸物理过程 炸药装药在水下爆炸时，瞬间变成高温高压的爆炸产物，压迫周围的水产生冲击波并迅速向周围传播。炸药放出的能量一部分随冲击波传出，称为冲击波能。剩下的能量留在爆炸产物中，称为气泡能。高压下的爆炸产物迅速向外膨胀形成气泡，气泡膨胀过程中反抗静水压而作功。当气泡膨胀到压力与静水压相等时，因为惯性的作用，膨胀并不停止而作过度膨胀，当膨胀到最大体积时，气泡内的压力降至静水压的1/5~1/10，此后由于外界压力的作用而使气泡收缩，同样因为惯性的原因，当压缩到压力等于静水压后仍继续收缩，直至最小体积时又开始膨胀，同时产生压力波，如此反覆膨胀收缩形成气泡脉动。 （二） 对水下爆炸用测压传感器的要求 1，传感器应具有尽量高的频率响应，以便准确地捕捉到压力的迅速变化 一般谐振谐率应不小于250kHz。 传感器应有足够的强度和压力测量范围。 为了减小因测压传感器的放置而对压力流场产生严重的扰动和畸变，传 感器的体积应尽量小，外形应为流线性。 传感器的联接电缆在水中受到强度较大冲击波的作用，由于电缆内、外芯的摩擦将出现静电电荷（即所谓“电缆效应”）这种摩擦电荷是一个相当可观的虚假讯号，因此传感器应有减小电缆效应的有效措施。 传感器具有良好的防潮、密封和较好的防腐蚀能力，特别是当传感器的输出讯号是高输出阻抗的讯号。其绝缘电阻一般在1010~1012Ω，受潮后绝缘电阻降低将造成零点飘移。 （三） PCB W138A02型压电传感器性能特点 1，该传感器将一片作为敏感元件的电气石置于盛满硅油的塑胶管中，因而密封、防潮性能良好。同时该传感器是一种体积敏感型传感器，传感器没有方向性，任何方向传来的压力波作用在管壁上都可以被传感器的电气石晶体准确接受，而不需要象其他传感器那样将传感器正对爆心安装。 2，传感器的尾部有一微型化的集成电荷放大器将敏感元件产生的高阻讯号转变成低阻讯号。这种低阻电流讯号可以经电缆传输相当远（数百米）而不会有讯号衰减，因而抗干扰能力强，基本上消除了电缆效应造成的干扰，对电缆接头的防潮要求也降低了。 3，主要性能指标： 灵敏度 751.2mv/Mpa; 最大测量压力：345MPa； 线性：≤2%； 谐振频率：≥1MHz； 上升时间：≤1.5μs； 下限频率：2.5HZ 五 实验步骤： 1 按照图示，连接爆炸丝至冲击大电流装置，电阻分压器、电流互感器和适配器至数字示波器，并设置电流信号触发。按估计压力（30atm）和传感器灵敏度设置压力通道灵敏度。 2 将爆炸丝放入水箱中部，水箱外壳接地。接地点在放电回路以外。 3 将PCB W138A02型压电传感器置于水箱中，测量敏感元件到爆心的距离。 4 所有人离开放电室，关好门。 5 操作冲击大电流装置。充电电压：8千伏。 6 同步脉冲发生器充电至1.8万伏，触发。高压触发脉冲使冲击大电流装置的隔离间隙导通，产生冲击大电流使爆炸丝爆炸。 7 进入放电室，放电杆放电后，记录波形。计算压力峰值。 8 不改变敏感元件距爆心的距离，重复步骤1－7三次。 装置示意图 敏感元件到爆心距离R(mm) 冲击波峰值压力P(atm) 第一次测量 第二次测量 第三次测量 六思考题 1 三次测量的一致性如何？影响压力测量的因素有哪些？ 2 要测量R-P曲线，应怎样做？ 3 该装置能测量气泡的脉动压力吗？应怎样做？